Регулятор переменного напряжения и способ управления этим регулятором Советский патент 1979 года по МПК G05F1/16 H02P13/16 

1

Изобретение огносигся к преобразовательной технике, в часгносги к технике регулирования и стабилизации переменного напряжения, колеблющегося вверх и вниз от своего номинального значения, и может найти применение в качесгве источников элекгропигания для аппаратуры средств связи, радиоэлектроники, различных электротехнических установок и распределительных электрических сетей в тех случаях, когда важны минимальные массо-габаритные показатели и высокие энергетические характеристики.

Известен регулятор переменного напряжения с высокочастотным вольтодобавочным каналом, содержащий пepвичflый и вторичный мосты на полностью управляемых ключевых элементах, а также высокочастотный трансформатор с первичной и вторичной обмотками и блок управления, включающий в себя задающий генератор и две фазосдвигающие ячейки, причем первичная обмотка ,высокочастотного трансформатора включена в одну из

диагоналей первичного мост.а, вторичнаяв диагональ вторичного моста, а выходы фазосдвигающих ячеек связаны с управляющими Входами соответствующих пар ключей вторичного моста.

Известен также способ управления таким регулятором путем изменения фаз последовательностей импульсов подаваемых на управляющие входы ключей вторичного моста.

Однако известный регулятор и способ упраачения этим регулятором имеют пониженные энергетические показатели и качество выходного напряжения. Основной причиной этого является значительная амплитуда пульсаций выходного напряжения, равная величина ЭДС вторичной обмотки высокочастотного трансформатора.

В предложенном регуляторе блок управления снабжен двумя дополнительными фазосдвигающими ячейками и двумя одинаковыми по числу витков дополнительными обмотками высокочастотного тран364сформагора, причем входы фазосдвигаю- щих ячеек нодхшючены к упомянутому задающему генератору, выходы каждой из них связаны с управляющими входами пар смежных ключей первичного моста, соединенных с одним н гем же входным выводом регулятора, дополнительные обмотки В1слючены прогивофазно последовательно с одним из смежных ключей одной пары, а число витков первичной обмотки высокочастотного трансформатора соответствует четверти диапазона регулирования напряжения. Кроме того, регулирование выходного напряжения в зоне повышенных и пониженных его значений осуществляют изменением сдвига на 180 фазы импульсов, подаваемых на пары, смежных ключей пер вичного моста, причем в каждой из упомянутых зон изменяют фазу импульсов, подаваемых на управляющие входы смежных ключей только одной пары, а регулирование напряжения в зоне средних его значений (между максимумом и минимумом) производят одновременным изменением фаз импульсов, подаваемых на управляющие входы ключей вторичного моста, фиксируя при этом фазы импульсов, подаваемых на управпяюЕ1Не входы кпючей первичного моста. Это позволяет улучшить энергетические показатели и качество выходного напряжения. На фиг. 1 показана схема .регулятора переменного напряжения с высокочастотным вольтодобавочным каналом; на фиг 2 эпюры, иллюстрирующие работу регулятора в верхней зоне ,1 на фиг. 3 - в средней и на фиг. 4 - в нижней зонах. Регулятор содержит высокочастотный транс)Орматор 1 с первичной Wj и вторичной W2 обмотками, включенными в один из диагоналей первичного 2 и вторичного 3 мостов на полностью управляемых ключевых элементах 4-И, а такж блок управления 12, Последний содержит задающий генератор 13, фазосдвигающие ячейки 14, 15 с регулируемыми углами задержки и опережения,.выходы которых связаны через блок усилителей 16 с управляющими входами соответствующих Пар ключей 8, 10 и 9, 11 вторичного мосга, а две фазосдвигающие ячейки 17 18, связанные выходами через блок уси лителей с управляющими входами смежных пар ключей 4, 6 и 5, 7 первичного мосга, соединенных с одним и тем же 0 ходным выводом регулятора. Перклчнвй епь трансформатора снабжена одинаковы и по количеству витков дополнительны и обмотками W и высокочасгогного трансформатора, которые включены противофазно последовательно с одним из смежных ключей одной пары 4, 6, а количество витков первичной обмотки W| высокочастотного трансформатора соответствует четверти диапазона регулирования напряжения, К выходу регулятора подключена нагрузка 19. На эпюрах приняты спедуюшие обозначения: 20 - напряжение - управляющие импульсы фазосдвигающей ячейки 18, которые подают в противотакте на ключи 5 и 7, 22 - управляющие импульсы фазосдвигающей ячейки 17, которые подают в противотакте на ключи 4 и 6, 23 - напряжения вторичной обмотки Wji трансформатора, 24 -управляющие импульсы фазосдвигающей ячейки 14, которые подают в противо- такте на ключи 8 и 10, 25 -управляющие импупьсы фазосдвигающей ячейки 15, которые юдают в противотакте на ключи 9 и 11, 26 - напряжения на выходе моста 3 вторичной цепи; 27 напряжения на нагрузке, 28-44 - соот вегствуквиие сигналы для двух других зон регулирования. Предположим напряжение на нагрузке максимально, Управлякяцие импульсы 21, 22 и 24 находятся в фазе один с другим и положительные импульсы этих последовательностей соответствуют включенному состоянию ключей 4, 7 и 8, 9 коммутаторов 2 и 3, а отрицательные включенному состоянию ключей 5,6 и 10, 11. В этом режиме ключи моста 2 замыкаются по циклу 7, 4 - 5, 6 (рядом стоящие цифры означают одновременно замкнутое состояние соответствующих им ключей) и к напряжению сети подключаются попеременно дополнительные обмотки Wa и Wl Поскольку она включены противофазно поспедовательно с ключами 4, 6, во вторичной обмотке Wn трансформатора 1 формируется высокочастотное напряжение (23) с максимальным коэффициентом трансформации. Ключи моста 3 замыкаются по циклу 8,9 - 1О,И, обеспечивая согласное включение ЭДС вторичной обмотки W2 с напряжением сети. На выходе этого моста действует синусоидальное напряжение (26), которое,суммируясь с напряясением сети (2О). прикладываегся К нагрузке. Так обеспечивается первый уровень неискаженного синусоидального напряжения ( 27) на нагрузке (19)

Регулирование напряжения в верхней зоне - зоне повышенных его значений, по предложенному способу управления достигается изменением сдвига фазы импульсов (21) на угол , (фиг. 2), подаваемых на управление ключами 5 и 7, В этом режиме ключи моста 2 замыкаются по циклу 5,4 - 4,7 - 7,6 - 6,5 что позволяет дискретно с повышенной частотой изменять коэффициент трансформации трансформатора 1, так как при замыкании ключей 4,5 либо 6,7 ( на время flip, , ) к напряжению сети одновременно подключаются две секции Wa Wi либо W4 4 Wj , что соответствует минимальному коэффициенту трансформации. Это определяет форму напряжения (28) вторичной обмотки трансфор™ матера 1, На выходе моста 3 действует напряжение 29, а на нагрузке - ЗО. Увеличение угла регулирования 0(.-р , до 180 С (фиг. 3) позволяет получить следующий цикл замыкания ключей моста 2,4,5 - 6,7, при котором к напряжению сети все время подключаются по две секции Wg 1 и W4 4 Wj . Это определяет минимальное напряжение (31) вторичной обмотки и синусоидальное пап- р5гжение (32) на выходе моста 3. На нагрузке также действует синусоидальное напряжение (33),

Регулирование напряжения в зоне средни к его значений (междумаксимумом и минимумом) осуществляют одновременньпи изменением фаз импульсов (24,25) моста 3 вторичной цепи. Фиксация же фаз импульсов (21, 22) первичного мосга позволяет поддержать при регулировании в средних зонах минимальный коэффициент трансфор- мации, а следовательно, и напряжение (31) вторичной обмотки трансформатора. При углах регулирования ей -р и /Ь р импульсов (24, 25) меньших четверти периода повышенной частоты ключи моста 3 замыкаются по циклу 10,9 - 9,8 8,11 -11,10. При этом напряжение на его выходе имеет вид кривой 34, а на нагрузке - кривой 35. При углах регулирования Лр и /2 р, равных четверти периода повышенной частоты с циклом 8,11- 9ДО напряжение на выходе моста 3 равно нулю, а на нагрузке действует синусоидальное напряжение (36) равное напряжению сети (2О). Дальнейшее увеличение углов регулирования ai р

и РР импульсов 24, 25 обеспечивает цикл 9,10 - 10,11 - 11,8 - 8,9 и позволяет реверсировать выходное напряжение вторичного моста, С этого времени регулятор переходит в режим вольTOOтбавки, так как на нагрузке действует напряжение (38), меньшее напряжения сети. При установлении углов регулирования л: „и |Ьг равными .полупериоду напряжения повышенной частоты импульсы

9 24, 25 снова совпадают по фазе и обеспечивают цикл замыкания ключей моста вторичной цепи 10,11 - 8,9, В этом режиме на выходе вторичного моста

S вновь действует синусоидальное напряжение 39, а па нагрузке напряжение 40,

Регулирование напряжения в нижней зоне - в зоне пониженных его значенийосушествляют сдвигом по фазе импульсов

0 22, подагаемых на другую пару ключей 4 и первичного моста 2. При угле регулирования ctp,, (фиг. 4) Елючи мсюга 2 замыкаются по циклу 6,5 - 5,4 - 4,7 - 7, 6, что приводит к дискретному увели5чению коэффициента трансформации трансформатора внутри каждого полупериода напряжения повышенной частоты, напряжение вторичной обмотки W2 трансформатора сновЪ имеет вид кривой 41. По0скольку цикл 10,11- 8,9 моста 3 все время обеспечивает встречное включение напряжения вторичной обмотки грансфор- матора с напряжением сети, это н определяет как фазу выходного напряжения

5

42моста 3, так и величину напряжения

43на нагрузке. Увеличение угла до 18О приводит к когда напряжение на нагрузке 44 минимально, так .как определяемый фазами импульсов 21,

22 цикл 4,7 позволяет поддерживать максимальный коэффициент грансформацин.

Таким образом, предложенный регулятор переменного напряжения и способ уп5равления эп{м регулятором позволяют в заданном диапазоне регулщэования получить пять уровней неискаженного синусоидального напряжения на нагрузке с высокочастотной широтно-имаульсной модуOляцией между любыми соседними уровнями и существенно повысить энергетиче- ские показатели и качество маходного напряжения,

Формула изобретения

1. Регу лятор переменного напряжения i с высокочастотным вольтодобавочным ка- налом, содержащий первичный и вторичный мосты на полностью управлнемых ключевых элементах а так7кв высокочасгогный трансформатор с первичной и вторичной обмотками и блок управления, включающий в себя задающий генератор и две фазосдвигающне ячейки, причем первичная с мотка высокочастотного трансформатора включена в одну из диагоналей первичного моста, вторичная -в диагональ вторичного моста, а выходы фазосдвкгающих ячеек связаны с управпяющ1Ш Е входами соответствутацих пар клк чей вторичного моста, отличающ и и с я тем, что, с целью улучшения энергетических показателей и качества ВЫХОДНО1Х) напряжения, блок управления снабжен двумя-дополнигельными фазосдви гающими ячейками и двумя одинаковыми по числу ВИТКОВ дополнительными обмотками высокочастотного трансформатора, причем входы фааосдвигающих ячеек подключены к упомянутому задающему генератору, выходы кахкдой из них связаны с управляющими входами пар смежных ключей первичного моста, соединенных с одним и тем же входным выводом регулятора, дополнительные обмотки включены 6 ОS противофазно последовательно с одним из смежных ключей одной пары, а число вит ков первичной обмотки Высокочастотного трансформатора соответствует четверти диапазона регулирования напряжения. 2. Способ управления регулятором переменного напршкения по п. 1 путем изменения фаз последовательностей нмпульсов, подаваемых на управляющие входы ключей первичного и вторичного его мостов, отличающийся тем, что, регулирование выходного напряжения в зоне повышенных и пониженных его значений осуществляют изменением сдвига на 180 фазы импульсов, подаваемых на пары ключей первичного моста, причем в каждой из упомянутых зон измен5Шг фазу, импульсов, подаваемых на управляющие входы смежных ключей только одной пары, а регулирование напряжения в зоне средних его значений между максимумом и минимумом) производят одновременным изменением фаз импульсов, подаваемых на управляющие входы Ключей вторичного моста, фиксируя при этом фазы импульсов, подаваемых на управляющие входы ключей первичного моста.

Д.ДД n n n ,..,,.,j,j

fx TJOTiriJ

TSB

фиг.3